Spatiaalinen transkriptomiikka ja proteomiikka tarjoavat täydentävää tietoa, joka muutti ymmärryksemme monimutkaisista biologisista prosesseista. Näiden menetelmien kokeellinen integrointi on kuitenkin rajallista.
Uusi menetelmä, nimeltään Spatial Protein and Transcriptome Sequencing (SPOTS), voi valaista solujen identiteettejä ja aktiviteetteja kaikkialla elimessä tai kasvaimessa ennennäkemättömällä tarkkuudella. Tutkijat kehittäneet osoitteessa Weill Cornell lääketiede, NewYork-Presbyterian ja New York Genome Center, SPOTS voivat valaista solujen identiteettejä ja aktiviteetteja kaikkialla elimessä tai kasvaimessa ennennäkemättömällä resoluutiolla.
Tekniikka säilyttää tiedot solujen tarkasta sijainnista samalla kun kirjataan geenitoiminnan malleja ja olennaisten aineiden läsnäoloa proteiinit soluissa kudosnäytteiden välillä. Tämä mahdollistaa monimutkaisten, tietorikkaiden "karttojen" luomisen elimistä, mukaan lukien sairaat elimet ja kasvaimet, jotka voivat olla erittäin hyödyllisiä sekä perustutkimuksessa että kliinisessä tutkimuksessa.
Tutkimuksen toinen vanhempi kirjailija Dr. Dan Landau, lääketieteen apulaisprofessori hematologian ja lääketieteellisen onkologian osastolla ja Weill Cornell Medicinen Sandra ja Edward Meyer Cancer Centerin jäsen ja New Yorkin genomikeskuksen ydinhenkilöstö, sanoi, "Tämä tekniikka on jännittävää, koska sen avulla voimme kartoittaa kudosten tilaorganisaation, mukaan lukien solutyypit, soluaktiviteetit ja solujen väliset vuorovaikutukset, kuten ei koskaan ennen."
Uusi lähestymistapa on osa laajempaa tutkijoiden ja insinöörien aloitetta luoda tehokkaampia keinoja "nähdä" mikroskooppisella tasolla, kuinka elimet ja kudokset toimivat. Viime vuosina on tapahtunut merkittäviä edistysaskeleita tutkimuksessa, erityisesti menetelmissä geenitoiminnan ja muiden tietokerrosten profiloimiseksi yksittäisissä soluissa tai pienissä soluryhmissä. solut. Tiedot profiloitujen solujen alkuperäisistä sijoituksista kudoksiin on kuitenkin otettava talteen, koska nämä lähestymistavat vaativat usein kudosten hajottamista ja solujen erottamista naapureista. Uusi tekniikka myös tallentaa nämä paikkatiedot, ja se tekee sen erinomaisella resoluutiolla.
Menetelmä perustuu osittain olemassa olevaan 10x Genomics -teknologiaan. Siinä käytetään lasilevyjä, jotka soveltuvat kudosnäytteiden kuvantamiseen tavallisilla mikroskooppipohjaisilla patologisilla menetelmillä, mutta on myös päällystetty tuhansilla tietyillä koetinmolekyyleillä.
Kunkin koetinmolekyylin kemiallinen "viivakoodi" tunnistaa sen kaksiulotteisen sijainnin dialla. Dialla olevat koetinmolekyylit tarttuvat lähetti-RNA:t (mRNA:t), olennaisesti aktivoitujen geenien transkriptit, viereisistä soluista, kun ohuiksi viipaloitu kudosnäyte asetetaan objektilasille, sen solut muuttuvat läpäiseviksi. Toimenpiteessä käytetään suunnittelijavasta-aineita, jotka kiinnittyvät kudoksen ainutlaatuisiin kiinnostaviin koetinmolekyyleihin ja proteiineihin.
Tutkijat voivat nopeasti ja automaattisesti tunnistaa kerätyt mRNA:t ja valitut proteiinit ja kartoittaa ne tarkasti alkuperäisiin paikkoihinsa kaikkialla kudosnäytteessä. Tuotettuja karttoja voidaan tarkastella itsenäisesti tai verrattuna näytteen rutiininomaiseen patologian kuvantamiseen.
Terveen hiiren pernan kudoksessa ryhmä käytti SPOTSia näyttääkseen tämän elimen monimutkaisen toiminnallisen arkkitehtuurin, mukaan lukien eri solutyyppien klusterit, niiden toiminnalliset tilat ja kuinka nämä tilat muuttuivat solujen sijoittelun mukaan.
Tutkijat käyttivät myös SPOTSia hiiren rintakasvaimen solurakenteen kartoittamiseen korostaen sen potentiaalia syövän tutkimusta. Luotu kartta osoitti makrofageja ja immuunisoluja kahdessa eri tilassa, joista kummassakin oli erilainen proteiinimarkkeri: toinen tila oli aktiivinen ja taisteli kasvaimia vastaan, kun taas toinen oli immuunivastetta heikentävä ja loi esteen tuumorin suojaamiseksi.
Tri Landau, onkologi NewYork-Presbyterian/Weill Cornell Medical Centeristä, sanoi, "Voimme nähdä, että nämä kaksi makrofaagialaryhmää löytyvät kasvaimen eri alueilta ja ovat vuorovaikutuksessa eri solujen kanssa - ja tämä ero mikroympäristössä johtaa todennäköisesti niiden erillisiin aktiivisuustiloihin."
"Tällaiset tuumorin immuuniympäristön yksityiskohdat – yksityiskohdat, joita ei usein voida ratkaista immuunisolujen harvan kasvaimissa vuoksi – voivat auttaa selittämään, miksi jotkut potilaat reagoivat immuunijärjestelmää vahvistavaa hoitoa ja jotkut eivät, ja näin ollen voisivat olla hyödyllisiä tulevien immuunihoitojen suunnittelussa."
"Tällä SPOTSin alkuperäisellä versiolla on spatiaalinen resoluutio, niin että jokainen tuloksena olevan tietojoukon "pikseli" summaa geenin aktiivisuustiedot ainakin useista soluista. Tutkijat toivovat kuitenkin pian rajaavansa tämän resoluution yksittäisiin soluihin samalla kun lisäävät muita kerroksia avaintietoa.
Lehden viite:
- Ben-Chetrit, N., Niu, X., Swett, AD et ai. Koko transkription spatiaalisen profiloinnin integrointi proteiinimarkkereihin. Nat Biotechnol (2023). DOI: 10.1038/s41587-022-01536-3
